JP5243382B2 - センサ付きバルブ - Google Patents

Description

本発明は、弁の開閉を検知するセンサを備えるセンサ付きバルブに関する。

従来より、半導体や医薬品等の製造ラインでは、様々な薬液が使用されており、その供給に多様な流体制御バルブが使用されている。流体制御バルブの一つに、センサ付きバルブがある。センサ付きバルブは、弁部に連動するインジケータの先端部の所在位置を光センサで検知することにより、弁の開閉状態を確認できるようにしている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００８−１５１２６０号公報 特開２００１−１５３２６１号公報

しかしながら、従来のセンサ付きバルブは、１種類の光センサしか取り付けることができなかった。光センサは、その種類によって光路（センシング領域）が異なる。そのため、従来のセンサ付きバルブは、光センサの種類に応じて複数の型が存在していた。これにより、センサ付きバルブの完成品及び構成部品の在庫数が多くなったり、バルブやバルブを使用する装置の設計工数が多くなってしまっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、１個のバルブで光路の異なる複数の光センサに対応できるセンサ付きバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の構成では、弁の開閉動作に連動するインジケータの所在位置を光センサにより検知することにより、前記弁の開閉状態を確認可能なセンサ付きバルブにおいて、前記光センサが、光路が異なる第１光センサ又は第２光センサであり、前記インジケータに、前記第１光センサの光路が通る第１光通過部と、前記第２光センサの光路が通る第２光通過部とを異なる位置に設けている。

上記構成において、前記第１及び前記第２光センサの取付位置が異なり、前記インジケータを突出させる開口部の周りに、前記第１光センサを取り付けるための第１取付孔と、前記第２光センサを取り付けるための第２取付孔が設けられていることが好ましい。

上記構成において、前記第１光通過部と前記第２光通過部とを、前記インジケータの先端部に設けた段差部により形成していることが好ましい。
上記構成において、前記第１光通過部と前記第２光通過部とを、前記インジケータに貫通して設けた光通過孔部により形成していることが好ましい。
上記構成において、前記第１光通過部が前記インジケータの先端部に設けた光通過面により形成され、前記第２光通過部が前記インジケータに貫通して設けた光通過孔部により形成されていることが好ましい。

上記構成のセンサ付きバルブは、光路が第１光通過部を通過するように第１光センサを取り付けられ、第１光センサがインジケータに光路を遮られたか否かによりインジケータの所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。上記構成のセンサ付きバルブは、光路が第２光通過部を通過するように第２光センサを取り付けられ、第２光センサが、インジケータに光路を遮られたか否かによりインジケータの所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。よって、上記構成のセンサ付きバルブによれば、１個のバルブで光路の異なる複数の光センサに対応することができる。

上記構成のセンサ付きバルブは、第１光センサが第１取付孔を介して取り付けられ、第１光センサと取付位置の異なる第２光センサが第２取付孔を介して取り付けられるので、第１及び第２光センサを１個のバルブに対してフレキシブルに取り付けることができる。よって、上記構成のセンサ付きバルブによれば、１個のバルブで取付位置の異なる複数の光センサに対応することができる。

上記構成のセンサ付きバルブは、第１光通過部と第２光通過部が段差部、光通過孔部、又は、光通過面と光通過孔部との組み合わせにより、インジケータの先端部に形成されるので、第１光通過部と第２光通過部とを簡単に形成できる。

本発明の第１実施形態に係るセンサ付きバルブの断面図であって、光センサが取り付けられていない状態を示す。 図１に示すセンサ付きバルブの上面図である。 センサ付きバルブの断面図であって、第１光センサが取り付けられた状態を示す。 図３に示すセンサ付きバルブの上面図である。 センサ付きバルブの断面図であって、第２光センサが取り付けられた状態を示す。 図５に示すセンサ付きバルブの上面図である。 センサ付きバルブの断面図であって、第３光センサが取り付けられた状態を示す。 図７に示すセンサ付きバルブの上面図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサ付きバルブの断面図であって、光センサが取り付けられていない状態を示す。

以下に、本発明に係るセンサ付きバルブの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ付きバルブ１（以下単に「バルブ１」という。）の断面図であって、光センサが取り付けられていない状態を示す。図２は、図１に示すバルブ１の上面図である。図３は、バルブ１の断面図であって、光センサ２１が取り付けられた状態を示す。図４は、図３に示すバルブ１の上面図である。図５は、バルブ１の断面図であって、光センサ３１が取り付けられた状態を示す。図６は、図５に示すバルブ１の上面図である。図７は、バルブ１の断面図であって、光センサ４１が取り付けられた状態を示す。図８は、図７に示すバルブ１の上面図である。
図１及び図２に示すバルブ１は、エアオペレイト方式の開閉弁である。バルブ１は、例えば半導体の製造ラインに設けられた配管に組み付けられ、配管を流れる薬液の供給と遮断を制御する。バルブ１は、復帰ばね１４やシール部材など機能的に金属やゴムを材質とする必要がある部材を除き、構成部品を樹脂で形成した樹脂製バルブである。

＜センサ付きバルブの概略構成＞
図１に示すように、バルブ１は、弁の開閉動作に連動するインジケータ１８が先端部を外部に突出可能に設けられ、インジケータ１８の先端部の所在位置を光センサにより検知することにより、弁の開閉状態を確認可能なものであって、図３、図５、図７に示すように、光センサが、光路が異なる光センサ２１，３１，４１（第１又は第２光センサの一例）であり、インジケータ１８の先端部に、光センサ２１の光路が通る光通過面（第１又は第２光通過部の一例）１８ｃと、光センサ３１の光路が通る光通過面（第１又は第２光通過部の一例）１８ｄと、光センサ４１の光路が通る光通過面（第１又は第２光通過部の一例）１８ｅとを異なる位置に設けている。

図１に示すように、バルブ１は、弁部２と駆動部３と取付板１７とを図示しないねじにより連結し、弁本体が構成されている。駆動部３は、シリンダ部材８の上端開口部にカバー９が取り付けられて、ハウジング１９が構成されている。ハウジング１９の内部には、ピストン室１１が形成され、そのピストン室１１にピストン１０が図中上下方向へ往復運動可能に装填されている。ピストン室１１は、ピストン１０により一次室１１Ａと二次室１１Ｂに区画されている。二次室１１Ｂは、シリンダ部材８に開設された操作ポート１２に連通し、一次室１１Ａは、シリンダ部材８に開設された給排気ポート１３に連通している。一次室１１Ａには、復帰ばね１４が縮設され、ピストン１０に図中下向きの力を常時付与している。ピストン１０の下端部は、シリンダ部材８から弁部２側へ突出し、ダイアフラム弁体１５に連結されている。ダイアフラム弁体１５は、弁部２のバルブボディ４と駆動部３のハウジング１９との間で外縁部を気密に挟持され、弁室１６を形成している。弁室１６には弁座７が設けられ、その弁座７を介して第１ポート５と第２ポート６が連通している。第１及び第２ポート５，６には、継手が設けられている。

このようなバルブ１は、操作ポート１２に操作エアを供給しない場合には、ピストン１０が復帰ばね１４のばね力により下降してダイアフラム弁体１５を弁座７に当接させ、弁閉状態になる。一方、バルブ１は、操作ポート１２から二次室１１Ｂに操作エアが供給され、二次室１１Ｂの内圧が復帰ばね１４のばね力に打ち勝つと、ピストン１０が上昇してダイアフラム弁体１５を弁座７から離間させ、弁開状態になる。

インジケータ１８は、ピストン１０を介してダイアフラム弁体１５に連結され、弁の開閉動作に連動する。インジケータ１８は、カバー９の中心部に軸方向に貫通して設けられた開口部９ｄ内に、軸方向へ移動可能に保持されている。インジケータ１８は、下端部に設けられた係止部１８ａが、ピストン１０の上端部に設けられた係合部１０ａに引っ掛けられるようにして結合されている。このため、インジケータ１８は、ピストン１０が下降して弁閉する場合には、係止部１８ａが係合部１０ａに引っ張られて開口部９ｄ内へ退避し、ピストン１０が上昇して弁開する場合には、係止部１８ａがピストン１０に押し上げられて開口部９ｄからカバー９の外側へ先端部を突出させる。従って、バルブ１は、弁の開閉状態によって、インジケータ１８の先端部の所在位置が変わる。尚、インジケータ１８は、開口部９ｄの内周面に設けられたストッパ９ｅに引っ掛かって、開口部９ｄから抜け落ちないようにされている。

バルブ１には、図３、図５、図７に示すように、インジケータ１８の先端部の所在位置を検知するための光センサ２１，３１，４１が上端面に固定される。光センサ２１，３１，４１は、取付位置や光路などが異なっている。バルブ１は、図３〜図８に示すように、光センサ２１，３１，４１の何れが取り付けられても弁開閉動作を検知できるセンシング構造と、１個のバルブに対して光センサ２１，３１，４１を任意に取り付け可能なセンサ取付構造とを有する。

＜センシング構造の構成＞
図３〜図８に示すように、光センサ２１，３１，４１は、投光素子２２ａ，３２ａ，４２ａから検知光を照射する投光部２２，３２，４２と、投光部２２，３２，４２から照射された検知光を受光素子（図示せず）で受光する受光部２３，３３，４３とを備える。光センサ２１，３１，４１は、受光部２３，３３，４３が検知光を受光することにより弁が閉じていることを検知し、受光部２３，３３，４３が検知光を受光しないことにより弁が開いていることを検知する。光センサ２１，３１，４１は、投光素子２２ａ，３２ａ，４２ａと受光素子（図示せず）の配置が異なり、検知光の光路がインジケータ１８の移動方向及びインジケータ１８の移動方向と直交する方向にそれぞれ異なっている。

インジケータ１８は、光センサ２１，３１，４１の光路に対応して、光通過面１８ｃ，１８ｄ，１８ｅがインジケータ１８の移動方向に対して高さ違いに設けられている。光通過面１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、インジケータ１８の先端部に設けた段差部１８ｂにより形成されている。

段差部１８ｂは、インジケータ１８の上端面に突出して設けられている。光通過面１８ｃは、弁閉時に光センサ２１の光路を遮断しないように設けられている。また、光通過面１８ｄは、弁閉時に光センサ３１の光路を遮断しないように設けられている。更に、光通過面１８ｅは、弁閉時に光センサ４１の光路を遮断しないように設けられている。従って、光センサ２１，３１，４１の何れも、光路がインジケータ１８に遮断されるか否かにより、インジケータ１８の先端部の所在位置を検知して弁の開閉状態を確認できる。

＜センサ取付構造の構成＞
図２に示すように、バルブ１は、開口部９ｄの周りに、光センサ２１を取り付けるための取付孔９ａと、光センサ３１を取り付けるための取付孔９ｂと、光センサ４１を取り付けるための取付孔９ｃとが設けられている。

図３及び図４に示すように、光センサ２１は、投光部２２と受光部２３に挿通された固定ねじ２４を取付孔９ａにそれぞれねじ込むことにより、投光部２２と受光部２３がインジケータ１８を挟んで対向するようにカバー９に固定されている。
また、図５及び図６に示すように、光センサ３１は、固定ねじ３４を取付孔９ｂにそれぞれねじ込むことにより、投光部３２と受光部３３がインジケータ１８を挟んで対向するようにカバー９に固定されている。
更に、図７及び図８に示すように、光センサ４１は、固定ねじ４４を取付孔９ｃにそれぞれねじ込むことにより、投光部４２と受光部４３がインジケータ１８を挟んで対向するようにカバー９に固定されている。

＜動作説明＞
上記バルブ１は、操作ポート１２に操作エアを供給しない間、復帰ばね１４の付勢力により、ピストン１０が押し下げられ、ダイアフラム弁体１５が弁座７に当接する。これにより、バルブ１は、第１及び第２ポート５，６の間が遮断され、薬液を流さない。このとき、インジケータ１８は、ピストン１０と一体的に下降し、カバー９の開口部９ｄ内に後退している。
一方、操作ポート１２から二次室１１Ｂに操作エアが供給され、二次室１１Ｂの内圧が復帰ばね１４のばね力に打ち勝つと、ピストン１０が上昇してダイアフラム弁体１５を弁座７から離間させる。これにより、バルブ１は、第１及び第２ポート５，６が連通し、薬液を供給する。このとき、インジケータ１８は、ピストン１０に押し上げられて開口部９ｄから先端部を突出させる。

図３及び図４に示すように、バルブ１に光センサ２１を取り付けている場合には、弁閉時に、投光部２２から照射される検知光がインジケータ１８の光通過面１８ｃ上を通過して受光部２３に受光され、光センサ２１が弁閉状態を検知する。これに対して、バルブ１が開いてインジケータ１８が上昇すると、投光部２２と受光部２３との間がインジケータ１８に遮られ、検知光が受光部２３に受光されなくなる。光センサ２１は、受光部２３が受光状態から受光不能状態になったことにより弁開状態を検知する。

図５及び図６に示すように、バルブ１に光センサ３１を取り付けている場合には、弁閉時に、投光部３２から照射される検知光がインジケータ１８の光通過面１８ｄ上を通過して受光部３３に受光され、光センサ３１が弁閉状態を検知する。これに対して、バルブ１が開いてインジケータ１８が上昇すると、投光部３２と受光部３３との間がインジケータ１８に遮られ、検知光が受光部３３に受光されなくなる。光センサ３１は、受光部３３が受光状態から受光不能状態になったことにより弁開状態を検知する。

図７及び図８に示すように、バルブ１に光センサ４１を取り付けている場合には、弁閉時に、投光部４２から照射される検知光がインジケータ１８の光通過面１８ｅ上を通過して受光部４３に受光され、光センサ４１が弁閉状態を検知する。これに対して、バルブ１が開いてインジケータ１８が上昇すると、投光部４２と受光部４３との間がインジケータ１８に遮られ、検知光が受光部４３に受光されなくなる。第２光センサ４１は、受光部４３が受光状態から受光不能状態になったことにより弁開状態を検知する。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態のバルブ１は、光路が光通過面１８ｃを通過するように光センサ２１を取り付けられ、光センサ２１がインジケータ１８に光路を遮られたか否かによりインジケータ１８の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。また、バルブ１は、光路が光通過面１８ｄを通過するように光センサ３１を取り付けられ、光センサ３１が、インジケータ１８に光路を遮られたか否かによりインジケータ１８の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。更に、バルブ１は、光路が光通過面１８ｅを通過するように光センサ４１を取り付けられ、光センサ４１が、インジケータ１８に光路を遮られたか否かによりインジケータ１８の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。よって、本実施形態のバルブ１によれば、１個のバルブで光路の異なる３種類の光センサ２１，３１，４１に対応することができる。

これにより、光路（センシング領域）の異なる光センサの種類に応じてセンサ付きバルブの完成品及び構成部品の在庫を確保する必要がなくなるという副次的効果が得られる。
また、３種類の光センサ２１，３１，４１に併せてバルブを個別に設計し、設計したバルブを使用した装置を設計する必要がないので、バルブや装置の設計工数を削減できるという副次的効果が得られる。
また、光センサ２１，３１，４１を使用するバルブの部品を共通化して、コストダウンを図ることができるという副次的効果も得られる。

本実施形態のバルブ１は、光センサ２１，３１，４１の取付位置が異なり、インジケータ１８を突出させる開口部９ｄの周りに、光センサ２１を取り付けるための取付孔９ａと、光センサ３１を取り付けるための取付孔９ｂと、光センサ４１を取り付けるための取付孔９ｃが設けられている。そのため、取付位置の異なる光センサ２１，３１，４１を１個のバルブ１に対してフレキシブルに取り付けることができ、１個のバルブで複数の光センサに対応することができる。また、光センサ２１，３１，４１を交換して既存のバルブ１に取り付けることが可能なので、複数種類のバルブ１をストックする必要がなく、コストダウンを図ることができるという副次的効果も得られる。

本実施形態のバルブ１は、光通過面１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが段差部１８ｂにより、インジケータ１８の先端部に形成されるので、光通過面１８ｃ，１８ｄ，１８ｅを射出成形等により簡単に形成できる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサ付きバルブ５１（以下「バルブ５１」という。）の断面図であって、光センサが取り付けられていない状態を示す。
第２実施形態のバルブ５１は、第１実施形態の光通過面１８ｃ，１８ｄに代えて、光通過孔部５３、５４により、光通過部を構成している。光通過孔部（第１又は第２光通過部の一例）５３，５４は、インジケータ５２に貫通して設けられている。この点を除き、第２実施形態のバルブ５１は、第１実施形態のバルブ１と構成が共通している。

本実施形態のバルブ５１は、光路が光通過孔部５３を通過するように光センサ２１を取り付けられ、光センサ２１がインジケータ５２に光路を遮られたか否かによりインジケータ５２の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。また、バルブ５１は、光路が光通過孔部５４を通過するように光センサ３１を取り付けられ、光センサ３１が、インジケータ５２に光路を遮られたか否かによりインジケータ５２の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。更に、バルブ５１は、光路が光通過面（第１光通過部の一例）１８ｅを通過するように光センサ４１を取り付けられ、光センサ４１が、インジケータ５２に光路を遮られたか否かによりインジケータ５２の所在位置を検知することによって、弁の開閉状態を確認できるようにしている。よって、本実施形態のバルブ５１によれば、１個のバルブで光路の異なる３種類の光センサ２１，３１，４１に対応することができる。

本実施形態のバルブ５１は、光通過部が、インジケータ５２に貫通して設けた光通過孔部５３，５４により、インジケータ５２の先端部に形成されるので、光通過孔部５３，５４をドリル加工や射出成形等により簡単に形成できる。
本実施形態のバルブ５１は、光通過部が、光通過面１８ｅと光通過孔部５３，５４との組み合わせにより、インジケータ５２の先端部に形成されるので、光通過部を射出成形やドリル加工等により簡単に形成できる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、３種類の光センサ２１，３１，４１に対応するように、段差部１８ｂや光通過孔部５３，５４を設けたが、２種類又は４種類以上の光センサに対応するように段差部の光通過面や検知孔部を設けても良い。
例えば、上記実施形態では、光センサ２１，３１，４１の光路がインジケータ１８の移動方向、及び、インジケータ１８の移動方向に対して直交する方向に異なっている。これに対して、光路が、インジケータ１８の移動方向に対して直交する方向にのみ異なり、インジケータ１８の移動方向に対しては高さが同じ複数の光センサを用いても良い。この場合、インジケータ１８には、光通過部（光通過面，光通過孔部）がインジケータ１８の移動方向に同じ高さで設けられつつ、インジケータ１８の移動方向に対して直交する方向に異なる位置に設けられることになる。
例えば、上記実施形態では、取付位置と光路が異なる光センサ２１，３１，４１を使用するが、取付位置が同じで光路のみが異なる複数の光センサを使用しても良い。
例えば、上記実施形態では、投光部２２，３２，４２が照射した検知光を受光部２３，３３，４３が直接受光する光センサ２１，３１，４１を使用した。これに対し、投光素子２２ａ，３２ａ，４２ａから照射される検知光がインジケータ１８に当たって反射する反射光を受光部２３，３３，４３が受光するか否かによりインジケータ１８の所在位置を検知する光センサを用いて、弁の開閉状態を確認するようにしても良い。
例えば、上記実施形態では、ダイアフラム弁体１５を備えるバルブ１について説明したが、バルブ１は、ベローズ弁やポペット弁等の他の形式のバルブであっても良い。
例えば、上記第１実施形態では、インジケータ１８の上端面の一部に段差部１８ｂを設けたが、インジケータ１８の上端面全体に段差部を設けても良い。
例えば、上記実施形態では、インジケータ１８がバルブ１，５１の外部に先端部を突出可能に設けたが、インジケータ１８を覆うようにカバーをバルブ１，５１に設ける等、インジケータ１８がバルブ１，５１に内設されるものであっても良い。尚、カバーは、透明でないものであっても良いし、外部からインジケータ１８を視認できるように透明のものであっても良い。

１，５１ センサ付きバルブ
９ａ，９ｂ，９ｃ 取付孔（第１又は第２取付孔）
９ｄ 開口部
１８，５２ インジケータ
１８ｂ 段差部
１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ 光通過面（第１又は第２光通過部）
２１，３１，４１ 光センサ（第１又は第２光センサ）
５３，５４ 光通過孔部（第１又は第２光通過部）

Claims (1)

1. 弁の開閉動作にハウジング内を摺動するピストンを介して連動するインジケータの所在位置を光センサにより検知することにより、前記弁の開閉状態を確認可能なセンサ付きバルブにおいて、
   前記インジケータが前記ピストンの同軸上にあること、
   前記光センサが、光路が異なる第１光センサ又は第２光センサであり、
   前記インジケータに、前記第１光センサの光路が通る第１光通過部と、前記第２光センサの光路が通る第２光通過部とを異なる位置に設けていること、
   前記第１及び前記第２光センサの取付位置が異なり、
   前記インジケータを突出させる開口部の周りに、前記第１光センサを取り付けるための第１取付孔と、前記第２光センサを取り付けるための第２取付孔が設けられていること、
   前記開口部が前記ハウジングの一面に設けられ、前記取付孔が前記一面に設けられていること、
   前記第１光通過部と前記第２光通過部とを、前記インジケータの先端部に設けた段差部により形成している
   ことを特徴とするセンサ付きバルブ。
   

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